专利名称：混合动力电动汽车驱动器的制作方法
技术领域：
本实用新型为一种混合动力电动汽车驱动器，该系统结构简单紧凑，运行模式灵
活多样，运行效率高、污染小，它属于汽车动力技术领域。
背景技术：
在汽车工业飞速发展的今天，能源消耗和环境污染两大问题也随着车辆数量的增 加而加剧。当前，人们对汽车节能、排放的要求越来越高，而蓄电池技术和氢气的制取、运 输、储存、成本高等严重制约了电动汽车和燃料电池汽车的发展。由于混合动力汽车发动机 在低效运行区域时不工作，电动机由蓄电池供电高效驱动车辆运行，而发动机一旦启动则 工作在高效运行区域，发动机或驱动车辆或给蓄电池充电，且车辆制动和减速的能量可回 收储存于蓄电池中，电动机与发动机两种动力可实现优势互补，车辆需要的蓄电池容量较 小，因此混合动力汽车运行效率高、排放低和燃油消耗少。因而混合动力汽车应运而生获得 了很大的发展。目前，先进的混合动力汽车的驱动系统主要可分为串联式、并联式和串并联 式三类。在串联式混合动力汽车中，发动机发出的机械动力完全用于驱动发电机发电，汽车 则完全由电动机发出的机械动力直接驱动，其发动机发出的动力一般需通过发电机、两级 电力电子功率变换以及电动机才能转化为汽车的驱动力，而在并联式和串并联式混合动力 汽车中，其发动机和电动机发出的机械动力通过星形齿轮等机构耦合均可直接用于汽车的
驱动，因此串联式混合动力汽车的驱动系统一般比并联式和串并联式混合动力汽车的驱动 系统的运行效率要低，但与并联式和串并联式混合动力汽车相比，串联式混合动力汽车的 驱动系统结构更简单、控制要简便许多。目前公共汽车等大型客车多采用串联式混合动力 驱动系统。此外，目前多数的混合动力汽车的发动机均配置有专门的小功率启动用电动机， 增加了系统的体积和成本。因此，研制开发出一种具有更高效率、控制方便且可省去发动机 用专属启动电动机的新型串联式混合动力汽车驱动系统，将有助于串联式混合动力电动汽 车的进一步推广和应用。
发明内容
技术问题本实用新型所要解决的技术问题是提出一种混合动力电动汽车驱动
器，通过减少该驱动系统中发动机至电动机之间功率变换级数以提高系统运行的效率，同
时利用发电机启动发动机，从而省去发动机用专属启动电动机，并针对该驱动系统提出合
理的运行控制方案，使系统运行效率高、运行控制简便，系统成本、体积和重量较低。
技术方案本实用新型的混合动力电动汽车驱动器包括发动机，离合器，发电机，
双向整流器、双向逆变器、电动机，双向DC/DC变换器，蓄电池组，双向功率开关，主减速器
以及电子中央控制单元；其中，发动机通过离合器与发电机的转子相连接，发电机的定子绕
组通过导线分别与双向整流器、双向功率开关相连接，双向整流器通过直流母线分别与双
向逆变器、双向DC/DC变换器相连接，电动机通过导线分别与双向逆变器、双向功率开关相
连接，双向DC/DC变换器通过导线与蓄电池组相连接，电动机通过主减速器驱动车轮，电子中央控制单元分别接以上各部分，实施监控汽车驱动系统的运行。 所述的发电机为普通感应电机、永磁同步电机或其它可调速交流电机。 所述的双向整流器为P丽整流器或其它能量可双向流动的AC/DC功率变换器。 所述的双向功率开关为双向可控硅或其它双向电力电子开关。
有益效果本实用新型所提供的混合动力电动汽车驱动器的有益效果主要有 1.本实用新型所提供的驱动系统结构简单、可靠性高、双动力源协调运行，不仅可
以使发动机总是工作于高速高效区域，发动机的燃油效率高，有效地减少燃油消耗和排放，
而且本发明在发电机和电动机之间增设了双向功率开关，当汽车的行驶速度高于巡航速度
VB1时，发电机至电动机之间的功率变换级数减少，其能量传递效率比其他的串联式混合动
力电动汽车驱动系统明显提高。 2.所述的混合动力电动汽车驱动器按上述方式运行，其中的发电机所连接的整流 器为双向整流器，在发动机启动阶段，由蓄电池组供电，双向整流器工作在逆变状态，双向 整流器输送电力驱动发电机电动运行以启动发动机，系统就节省下了发动机的专用启动电 机。
图1为本实用新型的系统结构示意图，其中有发动机1，离合器2，发电机3，双向整 流器4、双向逆变器5、电动机6，双向DC/DC变换器7，蓄电池组8，双向功率开关9，主减速 器10、车轮11以及电子中央控制单元12。
具体实施方式如图1示，混合动力电动汽车驱动器由发动机1，离合器2，发电机3，双向整流器 4、双向逆变器5、电动机6，双向DC/DC变换器7，蓄电池组8，双向功率开关9、主减速器10、 车轮11以及电子中央控制单元12所组成。其中，发动机1通过离合器2与发电机3的转 子相连接，发电机3的定子绕组通过导线分别与双向整流器4、双向功率开关9相连接，双向 整流器4通过直流母线分别与双向逆变器5、双向DC/DC变换器7相连接，电动机6通过导 线分别与双向逆变器5、双向功率开关9相连接，双向DC/DC变换器7通过导线与蓄电池组 8相连接，电动机6通过主减速器10与车轮11相连接，汽车驱动系统的运行由电子中央控 制单元12统一实施监控。所述的发电机3为普通感应电机、永磁同步电机或其它可调速交 流电机。所述的双向整流器4为P丽整流器或其它能量可双向流动的AC/DC功率变换器。 所述的双向功率开关9为双向可控硅或其它双向电力电子开关。 以一套混合动力电动汽车驱动器为例，发动机1经离合器2与永磁同步发电机3 相连，双向整流器4、双向逆变器5和DC/DC变换器7均采用IGBT为功率元件以及P丽开关 方式，双向功率开关9为双向晶闸管模块，驱动电机6为三相异步电动机，电子中央控制单 元12采用DSP微处理器。该驱动系统在电子中央控制单元12监控下按照以下模式运行工
作 1)启动发动机模式。双向功率开关9关断，蓄电池组8通过双向DC/DC变换器 7-双向整流器4提供电力驱动发电机3，发电机3工作于电动状态并通过离合器2带动发 动机1启动运行；[0015] 2)纯电动模式。当车辆行驶速度低于巡航基速^且蓄电池组8电力充足时，双 向功率开关9关断，蓄电池组8经过双向DC/DC变换器7-双向逆变器5提供变压变频电力 驱动电动机6高效运行，电动机6通过主减速器10车轮11转动行驶； 3)发动机驱动模式。当车辆行驶速度低于巡航基速vB1且蓄电池组8电力不足时， 双向功率开关9关断，发动机1运行于高速高效区域，发动机1经离合器2-发电机3-双向 整流器4-双向逆变器5提供动力驱动电动机6，电动机6通过主减速器10车轮11转动行 驶，同时发动机1经离合器2-发电机3-双向整流器4-双向DC/DC变换器7提供功率给蓄 电池组8充电；当车辆行驶速度高于巡航基速vB1时，双向功率开关9闭合且双向逆变器6 不工作，发动机1运行于高速高效区域，发动机1经离合器2-发电机3-双向功率开关9提 供动力驱动电动机6高效运行，电动机6通过主减速器10车轮11转动行驶； 4)混合动力模式。当车辆行驶速度低于巡航基速vB1且蓄电池组8电力充足，车 辆欲加速行驶或爬坡行驶等时，双向功率开关9关断，发动机1运行于高速高效区域，发动 机1经离合器2-发电机3-双向整流器4-双向逆变器5提供动力驱动电动机6，同时蓄电 池组8经双向DC/DC变换器7-双向逆变器5提供额外动力驱动电动机6，双向逆变器5输 出变压变频电力驱动电动机6高效运行，电动机6通过主减速器10车轮11转动行驶；当车 辆行驶速度高于巡航基速vB1且蓄电池组8电力充足，车辆欲加速或爬坡行驶等时，发动机 1运行于高速高效区域，双向功率开关9闭合，发动机经离合器2-发电机3-双向功率开关 9提供动力驱动电动机6，同时蓄电池组8经双向DC/DC变换器7-双向逆变器5提供额外 动力变压变频驱动电动机6，电动机6通过主减速器10车轮11转动行驶； 5)再生制动模式。当车辆减速或制动时，车辆动能通过车轮11-主减速器10驱动 电动机6，电动机6工作于发电状态，电动机6发出的全部电力通过双向逆变器5-双向DC/ DC变换器7给蓄电池组充电； 6)驻车发电模式。当车辆处于停驻状态，蓄电池组8电量不足时，双向功率开关9 关断，发动机1在高速高效区域运行，发动机1经离合器2-发电机3-双向整流器4-双向 DC/DC变换器7提供全部功率给蓄电池组8充电。 本实用新型所提供的驱动系统在发电机3和电动机6之间增设了双向功率开关9， 当汽车的行驶速度高于巡航速度vB1时，发电机3至电动机6之间的功率变换级数由两级变 为一级，其能量传递效率明显提高；另外发电机3所连接的整流器4为双向整流器，在发动 机1启动阶段，由蓄电池组8供电，双向整流器4工作在逆变状态，双向整流器4输送电力 驱动发电机3电动运行以启动发动机l，系统就节省下了发动机的专用启动电机。本发明所 提出的串联式混合动力驱动系统结构简单紧凑、可靠性高、双动力源协调运行，不仅可以使 发动机总是工作于高速高效区域，发动机的燃油效率高，有效地减少燃油消耗和排放，而且 可优化成本。
权利要求一种混合动力电动汽车驱动器，其特征在于该装置包括发动机(1)，离合器(2)，发电机(3)，双向整流器(4)、双向逆变器(5)、电动机(6)，双向DC/DC变换器(7)，蓄电池组(8)，双向功率开关(9)，主减速器(10)以及电子中央控制单元(12)；其中，发动机(1)通过离合器(2)与发电机(3)的转子相连接，发电机(3)的定子绕组通过导线分别与双向整流器(4)、双向功率开关(9)相连接，双向整流器(4)通过直流母线分别与双向逆变器(5)、双向DC/DC变换器(7)相连接，电动机(6)通过导线分别与双向逆变器(5)、双向功率开关(9)相连接，双向DC/DC变换器(7)通过导线与蓄电池组(8)相连接，电动机(6)通过主减速器(10)驱动车轮(11)，电子中央控制单元(12)分别接以上各部分，实施监控汽车驱动系统的运行。
2. 根据权利要求l所述的混合动力电动汽车驱动器，其特征是发电机(3)为普通感应 电机、永磁同步电机或其它可调速交流电机。
3. 根据权利要求l所述的混合动力电动汽车驱动器，其特征是双向整流器(4)为P丽 整流器或其它能量可双向流动的AC/DC功率变换器。
4. 根据权利要求l所述的混合动力电动汽车驱动器，其特征是双向功率开关(9)为双 向可控硅或其它双向电力电子开关。
专利摘要混合动力电动汽车驱动器，系统结构简单紧凑、运行模式灵活多样，发电机发出的功率能充分和高效地得到利用，并减少了尾气排放。其中，发动机(1)通过离合器(2)与发电机(3)的转子相连接，发电机(3)的定子绕组通过导线分别与双向整流器(4)、双向功率开关(9)相连接，双向整流器(4)通过直流母线分别与双向逆变器(5)、双向DC/DC变换器(7)相连接，电动机(6)通过导线分别与双向逆变器(5)、双向功率开关(9)相连接，双向DC/DC变换器(7)通过导线与蓄电池组(8)相连接，电动机(6)通过主减速器(10)驱动车轮(11)，电子中央控制单元(12)分别接以上各部分，实施监控汽车驱动系统的运行。
文档编号B60W20/00GK201472138SQ200920231599
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月1日 优先权日2009年9月1日
发明者傅晓帆, 周克亮, 程明 申请人:东南大学